Aerogeneradors i televisió digital terrestre

2014/06/01 Angulo Pita, Itziar - Komunikazioen Ingeniaritza Saila Euskal Herriko Unibertsitatea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia

Tenen alguna cosa a veure els parcs eòlics i la televisió?

Fa deu anys, després de la instal·lació de trenta aerogeneradors en la muntanya Oiz, van començar a tenir problemes per a veure la televisió en la zona de Markina. En aquest moment, el senyal analògic es transmetia per dos emissors situats en el cim. Els efectes en aquest senyal eren evidents: la imatge estava doblegada, plena d'interferències i les fluctuacions de la lluentor eren molestes per a la vista.

Què passava llavors? Els parcs eòlics produeixen una sèrie d'efectes sobre els senyals electromagnètics i, en alguns casos, els serveis de telecomunicacions que s'ofereixen en l'entorn poden sofrir una degradació de la qualitat. És a dir, els aerogeneradors dispersen el senyal electromagnètic que els arriba en totes les direccions. A més, en moure's per a generar energia, el senyal que es dispersa és variable. Per això, les característiques dels senyals difusos depenen de múltiples factors, alguns fixos, com la distància entre el transmissor i el receptor, la grandària i els materials dels aerogeneradors, i altres variables en relació al temps, com la velocitat de rotació dels braços o l'orientació del rotor. Quan es combina el senyal principal amb el senyal dispers, pot produir-se una interferència.

Afortunadament, el problema d'Oiz es va solucionar amb noves antenes. No obstant això, des de llavors es va obrir un llarg camí de recerca. És a dir, d'una banda estava pendent determinar la possible incidència dels parcs eòlics en la televisió digital. D'altra banda, per a poder preveure possibles degradacions en casos similars als actuals, es necessitava un model matemàtic que descrivís les característiques de la propagació del senyal.

La influència dels parcs eòlics en la televisió digital terrestre

La televisió digital ens va aportar molts beneficis enfront de la televisió analògica: més canals, imatges més netes, so de major qualitat i menys interferències, per exemple. A més, la televisió digital necessita menys potència que una transmissió analògica per a rebre un bon senyal. No obstant això, no pot suportar res. Per això, mitjançant una avaluació empírica, analitzem si en la TDT hi havia una degradació de la recepció causada per un parc eòlic i, en el seu cas, la seva quantia.

En primer lloc, cal tenir en compte les característiques del canal de difusió. Depenent de la posició relativa entre el transmissor-turbina-receptor, es distingeixen dues zones d'influència. En un d'ells, denominat forward scattering, el transmissor, l'aerogenerador i el receptor se situen pràcticament en la mateixa línia. En conseqüència, igual que ocorre amb la llum, el receptor se situa en l'ombra electromagnètica, en una zona de baixa intensitat. En el backscattering, el desplegament segueix un model multirecorrido. Dit d'una altra manera: a més del senyal principal, un receptor rep senyals de ressò de cada aerogenerador, el comportament del qual serà variable respecte al temps degut al moviment de rotació dels braços.

Concretament, es va analitzar el sistema DVB-T, utilitzat actualment per a la transmissió. Per a això, realitzem mesuraments uns dies en la zona d'Oiz. Mitjançant equips especialitzats i tractament de senyal de laboratori, mesurem els llindars de recepció del sistema en diferents situacions. El portal de recepció és la relació més baixa entre el senyal a transmetre i les amplituds dels senyals de soroll necessàries per a la generació d'imatges i sons en la televisió. Es va concloure que, en comparació amb els portals d'acolliment que es reben en situacions sense parc eòlic, les condicions més difícils d'acolliment es donen en la zona de backsckattering. A més, vam tenir l'oportunitat de demostrar que les incorporacions dels portals de recepció que precedeixen a un parc eòlic depenen de la intensitat i de la variabilitat temporal dels senyals dispersos. En la zona de forward scattering no es van detectar efectes significatius.

Aquests resultats posen de manifest que un parc eòlic pot afectar la recepció del sistema DVB-T. No obstant això, aquesta situació no serà l'habitual i només es produirà en determinades condicions.

Descripció de la propagació del senyal

Encara que els casos d'interferència són escassos, si sorgeixen problemes, les solucions solen ser cares i complexes. Per tant, és preferible preveure possibles degradacions en els serveis enviats. Per tant, s'ha proposat un nou model de canal que descriu el desplegament habitual entorn d'un parc eòlic.

El model de canal consta de quatre components:

- Nombre de senyals amb recorreguts múltiples, és a dir, nombre d'aerogeneradors que componen el parc eòlic.

- Retard en cada senyal multicanal. Per a conèixer el retard es calcula la diferència entre les distàncies del recorregut directe (transmissor-receptor) i l'indirecte (transmissor-turbina-receptor).

- Amplitud de cada senyal multirecorrido, és a dir, la potència mitjana del senyal dispers mesura en el receptor. La descripció del procés de dispersió del senyal es realitza mitjançant models de dispersió. Aquests models expliquen la dispersió en totes les direccions del senyal que ataca a l'aerogenerador.

Els models clàssics de dispersió només indiquen el senyal dispers per les pales, per la qual cosa no tindran en compte el senyal dispers per la torre ni la variabilitat temporal deguda al moviment de rotació dels braços. A més, gràcies als mesuraments realitzats en la zona d'Oiz, comprovem que aquests models clàssics de dispersió no s'adapten bé als senyals reals. Per això, es va proposar un nou model de dispersió basat en el senyal dispers per la torre de l'aerogenerador. De fet, segons simulacions realitzades a través de l'ordinador, a l'ésser la torre metàl·lica (a diferència dels braços), és la pròpia torre la que dispersa la major part del senyal.

- Espectre Doppler de cada senyal multirecorrido. L'espectre Doppler permet conèixer la naturalesa d'un comportament variable respecte al temps del senyal.

Una vegada processades els senyals mesurats, plantegem uns espectres Doppler per al model de canal. Concretament triem tres espectres Doppler, cadascun dels quals representava una situació diferent quant a la variabilitat temporal: alta, mitjana i baixa.

En resum, aquest model de canal s'adapta a les condicions pròpies de tots els casos objecte d'estudi, considerant, entre altres, la posició relativa entre transmissor-turbina-receptor, la grandària de l'aerogenerador, la velocitat màxima de rotació de les pales, les característiques del transmissor i de l'antena del receptor, així com la freqüència.

Intentant evitar problemes entre els aerogeneradors i la televisió digital

Els resultats obtinguts en aquest treball han permès donar resposta a les demandes de recerca plantejades per la Unió Internacional de Telecomunicacions des de la detecció dels primers casos. La Unió Internacional de Telecomunicacions (UIT en anglès) és una organització especialitzada dependent de l'Organització de les Nacions Unides que coordina xarxes i serveis de telecomunicacions. Per a això, publica recomanacions internacionals que no són d'obligat compliment.

Abans de l'inici d'aquest estudi estava vigent la recomanació ITU-R BT.805 sobre televisió i aerogeneradors. En aquesta recomanació només s'analitza la televisió analògica i per a preveure el possible impacte només es té en compte una turbina, és a dir, no es pot calcular l'efecte conjunt d'un parc compost per diversos aerogeneradors.

En 2011 es va obrir una nova recomanació denominada ITU-R BT.1893. Aquesta nova recomanació se centra en la televisió digital. La recomanació pren com a referència les conclusions d'aquest estudi sobre la qualitat de la televisió digital.

No obstant això, la nova recomanació també té certes limitacions. Per exemple, el model de dispersió que descriu no es correspon amb els senyals mesurats i, igual que ocorre amb la ITU-R bt.805, representa el senyal dispers per un sol aerogenerador. Per tant, tenint en compte que el model de canal proposat corregeix aquestes deficiències, continuarem esforçant-nos per millorar la regulació internacional i evitar així els problemes que puguin sorgir entre els aerogeneradors i les telecomunicacions.

Bibliografia

Agraïment

Aquest treball de recerca ha comptat amb el finançament parcial del Ministeri d'Economia i Competitivitat (TEC2012-32370), del Govern Basc (programa d'ajudes Saiotek) i de la Universitat del País Basc (convocatòria per a la contractació de l'especialització d'investigadors doctors).